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節(jié)點是連接桿件、傳遞荷載的重要組件，是大跨空間結(jié)構(gòu)成形的關(guān)鍵，其性能關(guān)乎著結(jié)構(gòu)整體的安全與穩(wěn)定。由于空間結(jié)構(gòu)節(jié)點的性能和成本取決于結(jié)構(gòu)材料的有效使用及構(gòu)型的合理設(shè)計，因此其設(shè)計工作一直都是大跨空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的重點。根據(jù)相關(guān)研究可將空間結(jié)構(gòu)節(jié)點的設(shè)計發(fā)展歷程概括為三個階段：基于經(jīng)驗的簡單構(gòu)造設(shè)計、基于經(jīng)驗的改進設(shè)計以及借助優(yōu)化算法的找形設(shè)計。早期工程中應用的節(jié)點往往僅依靠設(shè)計師的經(jīng)驗進行簡單的構(gòu)造設(shè)計，由于結(jié)構(gòu)未經(jīng)過系統(tǒng)的計算分析，出于安全考慮工程師通常會賦給節(jié)點過量的材料，導致設(shè)計成形的節(jié)點構(gòu)型不合理、造價較高等問題，如板式節(jié)點、焊接實心球節(jié)點。
隨著有限元技術(shù)的發(fā)展和力學理論的完善，通過借助仿真工具計算結(jié)構(gòu)的受力性能可在一定程度上提高節(jié)點的材料利用率，從而控制設(shè)計成形節(jié)點的剛度和經(jīng)濟成本。數(shù)值模擬計算為空間結(jié)構(gòu)節(jié)點的設(shè)計方式帶來了革命性轉(zhuǎn)變，其與工程師經(jīng)驗的有機結(jié)合構(gòu)成了現(xiàn)階段節(jié)點普遍采用的基于經(jīng)驗的改進設(shè)計方法，即首先根據(jù)工程師經(jīng)驗設(shè)計出一個節(jié)點的初始模型，其次利用有限元技術(shù)詳細計算初始模型的力學性能，然后基于數(shù)值模擬分析的計算結(jié)果對節(jié)點初始模型的材料分配和結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行調(diào)整，經(jīng)過多次計算和調(diào)整的循環(huán)過程才能夠確定節(jié)點的終設(shè)計形態(tài)，有必要的還需進行節(jié)點模型試驗。雖然基于經(jīng)驗的改進設(shè)計方法在空間結(jié)構(gòu)節(jié)點的設(shè)計工作中取得了不錯效果，但是其周期長、能耗大，而且設(shè)計的節(jié)點模型在工程實踐中常反映出自重大、幾何形狀優(yōu)化不足以及應力集中現(xiàn)象明顯等問題，如深圳大運會主體育場在網(wǎng)架的肩谷處所采用的鑄鋼節(jié)點大重量達到了98.6t；青島2014世園會主題館樹狀柱的兩個支管連接處和主分管交界處局部應力均超過300MPa。因此在保證空間結(jié)構(gòu)節(jié)點受力性能的條件下，具有合理經(jīng)濟性的佳結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)變得愈發(fā)重要。
